AArch64

AArch64 veya ARM64, ARM mimari ailesinin 64-bit uzantısıdır.

İlk olarak Armv8-A mimarisi ile tanıtıldı. Arm her yıl yeni bir uzantı yayınlar.

Armv8.x ve Armv9.x uzantıları ve özellikleri
Ekim 2011'de duyurulan Armv8-A, ARM mimarisinde temel bir değişikliği temsil etmektedir. "AArch64" adlı isteğe bağlı bir 64 bit mimari ve ilişkili yeni "A64" komut kümesi ekler. AArch64, mevcut 32 bit mimari ("AArch32" / Armv7-A) ve komut seti ("A32") ile kullanıcı alanı uyumluluğu sağlar. 16-32bit Thumb komut seti "T32" olarak anılır ve 64-bit karşılığı yoktur. Armv8-A, 32 bit uygulamaların 64 bit işletim sisteminde yürütülmesine ve 32 bit işletim sisteminin 64 bit hipervizörün kontrolü altında olmasına izin verir. ARM, Cortex-A53 ve Cortex-A57 çekirdeklerini 30 Ekim 2012'de duyurdu. Apple, bir tüketici ürününde (iPhone 5S) Armv8-A uyumlu bir çekirdek (Cyclone) yayınlayan ilk şirket oldu. AppliedMicro, bir FPGA kullanarak, Armv8-A'nın demosunu yapan ilk kurumdur. Samsung'un ilk Armv8-A SoC'si, Galaxy Note 4'te kullanılan ve büyük bir dört Cortex-A57 ve Cortex-A53 çekirdekli iki kümeye sahip Exynos 5433'tür. big.LITTLE konfigürasyon; ancak yalnızca AArch32 modunda çalışacaktır.

Hem AArch32 hem de AArch64 için Armv8-A, VFPv3/v4 ve gelişmiş SIMD (Neon) standardı yapar. Ayrıca AES, SHA-1 / SHA-256 ve sonlu alan aritmetiğini destekleyen kriptografi talimatları da ekler.

Adlandırma kuralları
64 + 32 bit
Mimari: AArch64
Özellikler: Armv8-A
Komut setleri: A64 + A32
Son ekler: v8-A
32 + 16 (Başparmak) bit
Mimari: AArch32
Özellikler: Armv8-R / Armv7-A
Komut setleri: A32 + T32
Son ekler: -A32 / -R / v7-A
Örnek: Armv8-R, Cortex-A32

AArch64 özellikleri
Yeni komut seti, A64
31 genel amaçlı 64-bit register vardır.
Özel sıfır veya yığın işaretçisi (SP) kaydına sahiptir (talimatlara bağlı olarak).
Program sayacına (PC) artık bir kayıt olarak doğrudan erişilebilir değildir.
Talimatlar hala 32 bit uzunluğunda ve çoğunlukla A32 ile aynı (LDM/STM komutları ve çoğu koşullu yürütme düştü).
Eşleştirilmiş yükler/depolar var (LDM/STM yerine).
Çoğu talimat için tahmin yok (dallar hariç).
Çoğu talimat, 32-bit veya 64-bit argümanlar alabilir.
Adreslerin 64 bit olduğu varsayılmıştır.
Gelişmiş SIMD (Neon) geliştirildi
32 × 128 bit kayıtlara sahiptir (16'dan yukarı), VFPv4 aracılığıyla da erişilebilir.
Çift duyarlıklı kayan nokta biçimini destekler.
Tamamen IEEE 754 uyumlu.
AES şifreleme/şifre çözme ve SHA-1/SHA-2 karma yönergeleri de bu kayıtları kullanır.
Yeni bir istisna sistemi
Daha az bankalı kayıt ve mod.
64 bit'e kolayca genişletilmek üzere tasarlanmış mevcut Büyük Fiziksel Adres Uzantısını (LPAE) temel alan 48 bit sanal adreslerden bellek çevirisi.

Uzantı: Veri toplama ipucu (Armv8.0-DGH)

AArch64, Armv8-A'da tanıtıldı ve Armv8-A'nın sonraki sürümlerine dahil edildi. Ayrıca Armv8-A'daki tanıtımından sonra Armv8-R'de bir seçenek olarak tanıtıldı; Armv8-M'ye dahil değildir.

Talimat biçimleri
Bir A64 komutunun hangi gruba ait olduğunu seçmek için ana işlem kodu 25-28 bitlerindedir.


Armv8.1-A
Aralık 2014'te Armv8.1-A, "v8.0'a göre artan faydalar" içeren bir güncelleme duyuruldu. Geliştirmeler iki kategoriye ayrıldı: talimat setindeki değişiklikler ve istisna modeli ve bellek çevirisindeki değişiklikler.

Komut seti geliştirmeleri aşağıdakileri içeriyordu:

Bir dizi AArch64 atomik okuma-yazma talimatı.
Bazı kitaplık optimizasyonları için fırsatları etkinleştirmek için hem AArch32 hem de AArch64 için Gelişmiş SIMD komut setine eklemeler:
İmzalı Doyurucu Yuvarlama Katlama Çarpma Birikim, Yüksek Yarıyı Döndürme.
İmzalı Doyurucu Yuvarlama Katlama Çarpma Çıkarma, Yüksek Yarıyı Döndürme.
Talimatlar vektör ve skaler formlarda eklenir.
Yapılandırılabilir adres bölgeleriyle sınırlı bellek erişim sırası sağlayabilen bir dizi AArch64 yükleme ve saklama talimatı.
v8.0'daki isteğe bağlı CRC talimatları, Armv8.1'de bir gereklilik haline gelir.

İstisna modeli ve bellek çeviri sistemi için geliştirmeler şunları içeriyordu:

Yeni Ayrıcalıklı Erişim Asla (PAN) durum biti, açıkça etkinleştirilmedikçe kullanıcı verilerine ayrıcalıklı erişimi engelleyen kontrol sağlar.
Sanallaştırma için artırılmış VMID aralığı; daha fazla sayıda sanal makineyi destekler.
Sayfa tablosu erişim bayrağının donanım güncellemesi için isteğe bağlı destek ve isteğe bağlı, donanım güncelleştirilmiş, kirli bit mekanizmasının standartlaştırılması.
Sanallaştırma Ana Bilgisayar Uzantıları (VHE). Bu geliştirmeler, Host ve Guest işletim sistemleri arasında geçiş yaparken ortaya çıkan yazılım yükünü azaltarak Tip 2 hipervizörlerin performansını iyileştirir. Uzantılar, Ana İşletim Sisteminin önemli bir değişiklik olmaksızın EL1'in aksine EL2'de çalışmasına izin verir.
İşletim sisteminin donanım desteğine ihtiyaç duymadığı durumlarda, işletim sistemi kullanımı için bazı çeviri tablosu bitlerini serbest bırakan bir mekanizma.
Bellek etiketleme için üst bayt yoksay.

Armv8.2-A
Ocak 2016'da Armv8.2-A duyuruldu. Geliştirmeleri dört kategoriye ayrıldı:

İsteğe bağlı yarı kesinlikli kayan noktalı veri işleme (yarı kesinlik zaten destekleniyordu, ancak işleme için desteklenmiyor, tıpkı bir depolama biçimi olarak.)
Bellek modeli geliştirmeleri
Güvenilirlik, Kullanılabilirlik ve Hizmet Verilebilirlik Uzantısının (RAS Uzantısı) Tanıtımı
İstatistiksel profil oluşturmaya giriş

Ölçeklenebilir Vektör Uzantısı (SVE)
Ölçeklenebilir Vektör Uzantısı (SVE), yüksek performanslı bilgi işlem bilimsel iş yüklerinin vektörleştirilmesi için özel olarak geliştirilmiş "ARMv8.2-A mimarisinin isteğe bağlı bir uzantısıdır ve daha yenidir". Spesifikasyon, 128 ila 2048 bit arasında değişen vektör uzunluklarının uygulanmasına izin verir. Uzantı, NEON uzantılarının tamamlayıcısıdır ve yerini almaz.

Fujitsu A64FX ARM işlemci kullanılarak Fugaku süper bilgisayarında 512 bitlik bir SVE varyantı zaten uygulandı. "2021 civarında tam operasyonlara başlama hedefi" ile dünyanın en yüksek performanslı süper bilgisayarı olmayı hedefliyor.

SVE, otomatik vektörleştirmeyi destekleyen GCC 8

Armv8.3-A
Ekim 2016'da Armv8.3-A duyuruldu. Geliştirmeleri altı kategoriye ayrıldı:

İşaretçi kimlik doğrulaması (yalnızca AArch64); mimariye zorunlu uzantı (yeni bir blok şifresine dayalı, QARMA ) (derleyicilerin güvenlik özelliğinden yararlanmaları gerekir, ancak talimatlar NOP alanında olduğundan, eski yongalarda ekstra güvenlik sağlamasa da geriye dönük olarak uyumludurlar).
İç içe sanallaştırma (yalnızca AArch64)
Gelişmiş SIMD karmaşık sayı desteği (AArch64 ve AArch32); örneğin 90 derecenin katları ile döndürmeler.
Yeni FJCVTZS (Kayan Noktalı JavaScript'i İmzalı Sabit Noktaya Dönüştürme, Sıfıra doğru yuvarlama) talimatı.
Bellek tutarlılık modelinde bir değişiklik (yalnızca AArch64); C++11 / C11'in (varsayılan olmayan) daha zayıf RCpc (Sürüm Tutarlı işlemci tutarlı) modelini desteklemek için (varsayılan C++11/ C11 tutarlılık modeli önceki Armv8'de zaten destekleniyordu).
Sistem tarafından görülebilen daha büyük önbellekler için kimlik mekanizması desteği (AArch64 ve AArch32)

Armv8.3-A mimarisi artık (en azından) GCC 7 derleyicisi tarafından desteklenmektedir.

Armv8.4-A
Kasım 2017'de Armv8.4-A duyuruldu. Geliştirmeleri şu kategorilere giriyor:

"SHA3 / SHA512 / SM3 / SM4 kripto uzantıları"
Geliştirilmiş sanallaştırma desteği
Bellek Bölümleme ve İzleme (MPAM) yetenekleri
Yeni bir Güvenli EL2 durumu ve Etkinlik İzleyicileri
İşaretli ve işaretsiz tam sayı nokta çarpımı (SDOT ve UDOT) talimatları.

Armv8.5-A ve Armv9.0-A
Eylül 2018'de Armv8.5-A duyuruldu. Geliştirmeleri şu kategorilere giriyor:

Bellek Etiketleme Uzantısı (MTE)
"Bir saldırganın keyfi kod yürütme yeteneğini" azaltmak için Şube Hedef Göstergeleri (BTI),
Rastgele Sayı Üretici talimatları - "çeşitli Ulusal ve Uluslararası Standartlara uygun Deterministik ve Gerçek Rastgele Sayılar sağlamak"

2 Ağustos 2019'da Google, Android'in Bellek Etiketleme Uzantısını (MTE) benimseyeceğini duyurdu.

Mart 2021'de ARMv9-A duyuruldu. ARMv9-A'nın temeli, Armv8.5'in tüm özellikleridir. ARMv9-A ayrıca şunları da ekler:

Ölçeklenebilir Vektör Uzantısı 2 (SVE2). SVE2, talimat başına daha fazla iş yapılmasına izin vermek için artırılmış ince taneli Veri Düzeyi Paralelliği (DLP) için SVE'nin ölçeklenebilir vektörleştirmesini temel alır. SVE2, bu faydaları DSP ve şu anda Neon kullanan multimedya SIMD kodu da dahil olmak üzere daha geniş bir yazılım yelpazesine getirmeyi amaçlamaktadır.
İşlemsel Bellek Uzantısı (TME). x86 uzantılarının ardından TME, Donanım İşlemsel Belleği (HTM) ve İşlem Kilidi Elision (TLE) için destek getiriyor. TME, iş parçacığı başına daha fazla iş yapılmasına izin vermek için kaba taneli Diş Düzeyi Paralelliğini (TLP) artırmak için ölçeklenebilir eşzamanlılık getirmeyi amaçlar. LLVM / Clang 9.0 ve GCC 10.0 geliştirme kodları, TME'yi destekleyecek şekilde güncellendi.
Ölçeklenebilir Matris Uzantısı (SME). KOBİ, matrisleri verimli bir şekilde işlemek için aşağıdakiler gibi yeni özellikler ekler:
Matris döşemesi depolama
Anında matris aktarımı
Döşeme vektörlerini yükleme/depolama/ekleme/çıkarma
SVE vektörlerinin matris dış çarpımı
"Akış modu" SVE

=== Armv8.6-A ve Armv9.1-A

Genel Matris Çarpımı (GEMM)
Bfloat16 formatı desteği
SIMD matris işleme talimatları, BFDOT, BFMMLA, BFMLAL ve BFCVT
sanallaştırma, sistem yönetimi ve güvenlik için geliştirmeler
ve aşağıdaki uzantılar (bu LLVM 11, için zaten destek eklemiştir):
Gelişmiş Sayaç Sanallaştırması (Armv8.6-ECV)
İnce Taneli Tuzaklar (Armv8.6-FGT)
Activity Monitor sanallaştırması (Armv8.6-AMU)

Örneğin, ayrıntılı tuzaklar, Olayı Bekle (WFE) yönergeleri, EnhancedPAC2 ve FPAC. SVE ve Neon için Bfloat16 uzantıları, temel olarak derin öğrenme kullanımı içindir.

=== Armv8.7-A ve Armv9.2-A Bellek bariyeri talimatlarında bazı değişikliklerle birlikte A64 komut setini ekler.

Kaynakça